專利名稱:氮基保護(hù)氣氛的直接反應(yīng)制備方法
本發(fā)明是關(guān)于金屬和合金保護(hù)氣氛熱處理技術(shù)中的氮基保護(hù)氣氛的制備方法。
目前為制備氮基保護(hù)氣氛所用的氣源有瓶裝普氮，它的純度為99-99.8%;空分氮的純度為99-99.5%;5A°或焦碳分子篩制備的氮?dú)獾募兌葹?8-99.5%。它們都不能直接用于保護(hù)加熱。液氮的純度較高，達(dá)99.999%?？芍苯佑糜诮饘俸秃辖鸬臒崽幚肀Ｗo(hù)加熱，但價(jià)格昂貴。
已有技術(shù)，例如《金屬熱處理》1985年11期第35頁(yè)所提出的方法，先用焦碳分子篩制成的初氮，作為原料氣，然后添加甲醇，經(jīng)過(guò)低溫裂解，生成一氧化碳和氫氣，與原料氣混和，再經(jīng)過(guò)多道凈化工序，然后進(jìn)入工作爐。添加量的控制技術(shù)要求很高。添加量太少，不能中和爐膛內(nèi)氧化性氣氛;添加量太多，對(duì)于不同的鋼種，則會(huì)引起增碳或脫碳。添加和裂化都需要相應(yīng)的裝置，而凈化系統(tǒng)要采用活性氧化鋁鍍鈀除氧，熱交換除水5A°分子篩除水等設(shè)備。
本發(fā)明的目的是提供一種熱處理用的保護(hù)加熱氮基氣氛的新的制備工藝方法。這種工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，除了原來(lái)的熱處理加熱爐外，不需要添加任何其它設(shè)備，它能保證熱處理后的工件與經(jīng)過(guò)有添加劑并經(jīng)多道凈化的氮基氣氛處理過(guò)的具有同樣的甚至更好的熱處理表面質(zhì)量。由于省去了帶有精密控制的添加裝置和繁復(fù)的凈化設(shè)備，從而使設(shè)備投資低于原來(lái)的一百分之一，工件的生產(chǎn)成本為原來(lái)的二分之一到三分之一，并更容易操作和管理。
本發(fā)明是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的。在熱處理工作爐的底部或者側(cè)面放置固體碳素物質(zhì)，當(dāng)爐內(nèi)溫度在500-1300℃之間時(shí)，初氮通過(guò)放置在爐內(nèi)并與爐內(nèi)溫度相同的固體碳素物質(zhì)時(shí)，初氮中的殘氮與固體碳素質(zhì)起氧化反應(yīng)，生成一氧化碳，見(jiàn)反應(yīng)式(1)。初氮中的殘氧量可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，殘氧量多時(shí)反應(yīng)后的一氧化碳就多;殘氧量少時(shí)反應(yīng)后的一氧化碳就少，即固體碳素物質(zhì)自發(fā)地與殘氧起著直接反應(yīng)。同時(shí)，初氮中的微量水份還與碳素物質(zhì)按反應(yīng)式(2)進(jìn)行著水煤氣反應(yīng)。這樣，初氮中的殘氧和微量水份都被清除而成為符合保護(hù)加熱條件的氮基氣氛。
上述工藝方法所用的固體碳素物質(zhì)最理想的是石墨，也可以是質(zhì)地較堅(jiān)硬的其它碳素物質(zhì)，如焦碳等。固體碳素物質(zhì)在加熱爐內(nèi)鋪墊的高度一般在80-140毫米，所用的初氮可以是瓶裝普氮或者空分氮等其它氮源，初氮的純度要求在98%以上。
利用直接反應(yīng)法得到的氮基保護(hù)氣氛具有中性性質(zhì)，即處在同一爐膛內(nèi)的高碳鋼工件不脫碳，低碳鋼工件不增碳。圖1比較了初氮和利用直接反應(yīng)法制得的爐膛氣氛的色譜分析結(jié)果?？梢悦黠@地看出，直接反應(yīng)法制得的爐膛氣氛的殘氧氧峰已經(jīng)消失。該氣氛經(jīng)分析，露點(diǎn)在-40℃以下，二氧化碳含量低于0.03%。將高、低碳鋼的鋼箔置于利用直接反應(yīng)法制得的同一爐膛的氣氛中處理，在840℃保溫20-30分鐘，經(jīng)氣冷后用稱重方法來(lái)測(cè)量高、低碳鋼鋼箔的脫碳或增碳情況，其結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 對(duì)T10、45＃、9CiSi、Cr12MoV、1Cr18Ni9Ti、W18Cr4V1、W6Mo5Cr4V2七種鋼的試樣用本方法制備的氣氛進(jìn)行淬火，為了考核氣氛的穩(wěn)定性，將淬火加熱時(shí)間延長(zhǎng)到1-2個(gè)小時(shí)。試樣淬火后，進(jìn)行了表層組織的金相分析和顯微硬度測(cè)試。上述七種材料的試樣的表層金相組織分析結(jié)果表明，試樣表面未出現(xiàn)任何脫碳(對(duì)高碳鋼或高碳合金鋼)或增碳(對(duì)低碳鋼或不銹鋼)的現(xiàn)象，試樣表面光亮或光潔。圖2表示上述鋼種的試樣淬火后顯微硬度隨著離表面距離的變化而變化的曲線，其中，1-1Cr18Ni9Ti1100℃，保溫40分，水冷;2-45＃，860℃，保溫1小時(shí)，油冷;3-9CrSi，870℃，保溫1小時(shí)，油冷;4-W18Cr4V1，1270℃，保溫1小時(shí)，油冷;5-T10，1200℃，保溫1小時(shí)，水冷;6-T10，820℃，保溫2小時(shí)，水冷;7-Cr12MoV，1030℃，保溫1小時(shí)，油冷;8-W6Mo5Cr4V2，1210℃，保溫1小時(shí)，油冷。利用直接反應(yīng)的方法制得的氮基氣氛還可用來(lái)作為工件的退火、高溫回火的保護(hù)加熱。
還對(duì)0.07%C的低碳鋼箔，T10高碳鋼箔及45＃鋼三種鋼號(hào)，進(jìn)行了用添加甲醇裂解后再經(jīng)嚴(yán)密凈化工序的傳統(tǒng)的氮基保護(hù)氣氛淬火和用本方法制備的氮基氣氛淬火，然后用稱重法與金相法對(duì)淬火后的兩類結(jié)果進(jìn)行比較，比較結(jié)果見(jiàn)表1。
發(fā)明的實(shí)施例圖3是W18Cr4V銑刀，1280℃，油淬。
圖4是Cr12MoV，閥蕊(中)，閥套(右)，9Cr18小軸(左上)，均在1030℃油淬;40Cr蝸桿(左下)850℃油淬。
權(quán)利要求
1.一種金屬和合金熱處理用的氮基保護(hù)加熱氣氛的制備方法。由初氮通過(guò)溫度在500-1300℃之間的熱處理加熱爐后即自發(fā)地形成符合無(wú)增脫碳的中性的加熱氮基氣氛。其特征在于，在原來(lái)的熱處理加熱爐的底部或側(cè)面放置固體碳素物質(zhì)。
2.如權(quán)項(xiàng)1所述的方法，其特征在于所述的固體碳素物質(zhì)最佳為石墨。
3.如權(quán)項(xiàng)1所述的方法，其特征在于所述的固體碳素物質(zhì)在熱處理加熱爐內(nèi)輔墊的高度為80-140毫米。
4.如權(quán)項(xiàng)1所述的方法，其特征在于所述的初氮的純度要求在98%以上。
專利摘要
本發(fā)明是關(guān)于金屬和合金熱處理用氮基保護(hù)加熱氣氛的制備方法。
文檔編號(hào)C21D1/74GK86100540SQ86100540
公開(kāi)日1987年9月2日 申請(qǐng)日期1986年3月20日
發(fā)明者趙愛(ài)眉, 周文光 申請(qǐng)人:上海新華無(wú)線電廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan